官能团定向分布的有序分级孔碳材料及其制备方法和在烟气脱硫中的应用技术

本发明专利技术公开官能团定向分布的有序分级孔碳材料及其制备方法和在烟气脱硫中的应用，以酚醛树脂和三嵌段共聚物为原料准备多孔聚合物，再以氮气和氨气进行活化，得到微孔—中孔分级碳结构，应用于烟气脱硫技术中，可有效提高活性炭硫容量，副产物H2SO4更易从孔结构中析出，采用水洗法可使80％以上的H2SO4析出，远高于现有水洗再生效率。由于避免了H2SO4和碳的高温反应，再生过程几乎没有碳损耗。

Ordered hierarchical porous carbon materials with functional groups and their preparation methods and application in flue gas desulfurization

The invention discloses a functional orientation distribution ordered hierarchical porous carbon material and preparation method and application in flue gas desulfurization, with phenolic resin and three block copolymer as raw material to prepare porous polymer with nitrogen and ammonia activation, micro - mesoporous carbon grade structure, used in flue gas desulfurization technology, can improve the the activated carbon sulfur capacity effectively, by-product H2SO4 more easily from the pore structure precipitated by water washing method can make more than 80% of the precipitation of H2SO4, far higher than the existing water washing regeneration efficiency. As a result of avoiding the high temperature reaction of H2SO4 and carbon, there is little carbon loss in the regeneration process.

【技术实现步骤摘要】
官能团定向分布的有序分级孔碳材料及其制备方法和在烟气脱硫中的应用
本专利技术技术属于碳材料
，更加具体地说，涉及一种有序分级孔碳材料及其制备方法和在烟气脱硫中的应用。
技术介绍
活性炭烟气脱硫技术由于同时具备污染物SO2可资源化利用、水资源消耗少、无二次污染、吸收剂可无害化循环利用等优点，受到国内外研究者重视。其基本原理是利用发达的微孔孔隙将烟气中SO2、O2、H2O等气体吸附、催化，使SO2转化为H2SO4，并迁移、赋存于中孔和大孔内，空出微孔及其活性位点，持续吸附SO2。因此，性能优异的脱硫活性炭应同时具有：极其发达的微孔及化学活性，以强化SO2吸附及催化氧化过程；通达的中孔结构，以有利于气体分子的扩散和副产物H2SO4的迁移及赋存。现阶段活性炭脱硫技术SO2吸附-转化-H2SO4回收过程的能耗、物耗较高，主要体现在吸附质H2SO4的回收过程，这也是污染物资源化和吸附剂循环利用的关键环节。目前，普遍采用热再生技术，吸附质H2SO4通过2H2SO4+C→2SO2+CO2+2H2O反应，以SO2气体形式溢出；SO2再次富集、浓缩、催化氧化生成硫酸，才能最终完成副产物的回收。这直本文档来自技高网...

【技术保护点】
官能团定向分布的有序分级孔碳材料，其特征在于，分级孔碳材料二维六方有序中孔结构，平均孔径可在3.2nm至4.8nm，孔容不低于0.25cm

【技术特征摘要】
1.官能团定向分布的有序分级孔碳材料，其特征在于，分级孔碳材料二维六方有序中孔结构，平均孔径可在3.2nm至4.8nm，孔容不低于0.25cm3/g，可达0.32cm3/g；微孔比表面积平均可达450—485m2/g；表面氮的原子百分含量平均可达2—5％，同时保持原有中孔的有序性；含氧官能团的含量平均可达0.12—0.15mmol/g；按照下述步骤进行：步骤1，以乙氧基-丙氧基形成的两性三嵌段聚合物为模板剂，将酚醛树脂溶液与模板剂的乙醇溶液混合均匀，将溶液置于表面皿中室温20—25摄氏度下静置至乙醇全部蒸发，在90—100摄氏度下静置20—24小时，得到中孔聚合物，其中酚醛树脂和模板剂的质量比为(2：3)—(3：2)，以乙氧基-丙氧基形成的两性三嵌段聚合物由两性三嵌段聚合物P123和两性三嵌段聚合物F127组成，两者质量份的比例为(0—1)：(1—3)，即两性三嵌段聚合物P123的用量为0—1质量份，两性三嵌段聚合物F127的用量为1—3质量份；步骤2，将步骤1制备的中孔聚合物在氮气气氛下，自室温20—25摄氏度以1—3℃/min升温至800—900℃保温进行碳化1—5小时，得到有序中孔碳材料；保持炉温800—900℃不变，将氮气气氛切换为NH3和N2混合气气氛进行活化，得到微孔-中孔分级碳结构，且微孔表面富含含氮官能团；步骤3，活化结束后，切换为向反应装置中输送氮气并自然降温至250-350℃，关闭输送氮气气氛，保持向反应装置中输送空气并保温1—5小时，以使在中孔表面增加极性含氧官能团，之后在空气气氛中自然降至室温20—25摄氏度，即得到官能团定向分布的微孔-中孔有序碳材料。2.根据权利要求1所述的官能团定向分布的有序分级孔碳材料，其特征在于，在步骤1中，酚醛树脂溶液按照下述步骤进行制备：将40—45质量份苯酚在45—50℃下溶化，加入8—10质量份的质量百分数为20％的NaOH水溶液，搅拌均匀后滴加质量百分数37％的甲醛的水溶液，苯酚和甲醛的摩尔比为(1—1.2)：3；将苯酚和甲醛的混合液在85—90℃反应1—2h，而后冷却到室温20—25摄氏度，使用质量百分数20％的HCl水溶液将混合液pH值调至7.0，将混合液在旋转蒸发仪中干燥，得到酚醛树脂低聚物，加入无水乙醇配置成质量百分数为15—20％的酚醛树脂溶液；在步骤1中，以乙氧基-丙氧基形成的两性三嵌段聚合物由两性三嵌段聚合物P123和两性三嵌段聚合物F127组成，两性三嵌段聚合物P123和两性三嵌段聚合物F127的质量份的比例为1：(1—3)。3.根据权利要求1所述的官能团定向分布的有序分级孔碳材料，其特征在于，在步骤2中，以1—3℃/min升温至800—850℃保温进行碳化2—3小时，得到有序中孔碳材料；保持炉温800—850℃不变，将氮气气氛切换为NH3和N2混合气气氛进行活化，NH3体积百分数为25％-75％。4.根据权利要求1所述的官能团定向分布的有序分级孔碳材料，其特征在于，在步骤2中，连续向反应装置中输送氮气，氮气输送速度为400—500ml/min，以使整个反应装置系统在氮气气氛之下，再进行升温；碳化后保持炉温不变，切换为向反应装置中输送NH3和N2混合气，输送速度为400—500ml/min，在输送NH3和N2混合气的过程中对有序中孔碳材料进行活化，活化时间40-100min，优选60—80min。5.根据权利要求1所述的官能团定向分布的有序分级...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱玉雯，刘翠萍，李浩宇，代乾，苗艳芳，
申请(专利权)人：天津城建大学，
类型：发明
国别省市：天津,12